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#物联网征文# 基于STM32动态密码锁(手机APP)_2022 原创
DS小龙哥
发布于 2022-8-17 10:52
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1. 前言
前一版设计了一款物联网的密码锁，采用MQTT协议连接物联网服务器进行交互，这一版是本地动态密码锁。采用局域网方式完成网络连接，与门锁进行交互，通信设置，生成密码种子，进行动态密匙比对。 这款智能电子密码锁，以STM32单片机为主控制器,由触摸矩阵键盘、ESP8266、步进电机等模块组成，具有手机APP控制、随机密码生成等功能。
当前支持的开锁方式：
（1）手机APP远程开锁。支持手机APP远程开锁。手机APP连接上ESP8266创建的WIFI热点和TCP服务器，可以在手机APP上对设备端的RTC时间进行校准，设备唯一ID获取，生成随机开锁密码。
（2）随机密码开锁。手机APP与本地设备采用时间、作为算法种子，采用算法生成开锁密码，每一串的密码有效时间为一分钟。查看手机APP上显示的密码之后，在本地设备上输入完成密码对比开锁。
这里有演示的效果视频：
【基于STM32设计的动态密码锁】 https://www.bilibili.com/video/BV13Y4y1t7Gn?share_source=copy_web&vd_source=347136f3e32fe297fc17177194ce0a8b
2. 相关硬件
2.1 WIFI模块
2.2 步进电机模块
2.3 OLED显示屏
2.4 STM32开发板
2.5 矩阵键盘模块
3. 手机APP设计
3.1 开发环境介绍
上位机软件采用Qt框架设计，Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。
QT官网: https://www.qt.io/
3.2 QT安装包下载
下载QT5.12.6下载地址：
https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6/
打开链接后选择：
qt-opensource-windows-x86-5.12.6.exe 13-Nov-2019 07:28 3.7G Details
软件安装时断网安装，否则会提示输入账户。
安装的时候，勾选一个mingw 32编译器即可。
3.3 实现效果
3.4 与服务器通信代码
/*
功能: 连接服务器
*/
void Widget::on_pushButton_connect_clicked()
{
if(ui->pushButton_connect->text()=="连接"){
//开始连接服务器
NewClinet();
}
else
{
if(LocalTcpClientSocket)
{
LocalTcpClientSocket->close();
}
}
}
//客户端模式：创建客户端
void Widget::NewClinet()
{
if(LocalTcpClientSocket)
{
LocalTcpClientSocket->close();
delete LocalTcpClientSocket;
LocalTcpClientSocket=nullptr;
}
/*1. 创建本地客户端TCP套接字*/
LocalTcpClientSocket = new QTcpSocket;
/*2. 设置服务器IP地址*/
QString Ipaddr=ui->lineEdit_ip->text();
QHostAddress FarServerAddr(Ipaddr);
/*3. 连接客户端的信号槽*/
connect(LocalTcpClientSocket,SIGNAL(connected()),this,SLOT(LocalTcpClientConnectedSlot()));
connect(LocalTcpClientSocket,SIGNAL(disconnected()),this,SLOT(LocalTcpClientDisconnectedSlot()));
connect(LocalTcpClientSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(LocalTcpClientReadDtatSlot()));
/*4. 尝试连接服务器主机*/
int prot=ui->lineEdit_port->text().toInt();
LocalTcpClientSocket->connectToHost(FarServerAddr,prot);
}
/*
功能: 时间更新
*/
void Widget::time_update()
{
QDateTime time = QDateTime::currentDateTime(); //获取系统现在的时间
QString text;
text = time.toString("yyyy/MM/dd hh:mm:ss ddd"); //设置显示格式
ui->label_time->setText(text);
char Password[10];
//更新密码
GeneratePassword(Password,6);
ui->label_password->setText(Password);
}
//客户端模式：响应连接上服务器之后的操作
void Widget::LocalTcpClientConnectedSlot()
{
ui->pushButton_connect->setText("断开");
Log_Text_Display("成功连接服务器...\n");
ServerConnectStat=1; //标记连接上服务器
}
//客户端模式：断开服务器
void Widget::LocalTcpClientDisconnectedSlot()
{
ui->pushButton_connect->setText("连接");
QMessageBox::information(this,"提示","与服务器断开连接...",QMessageBox::Ok);
Log_Text_Display("与服务器断开连接...\n");
ServerConnectStat=0; //标记断开服务器
}
//读取服务器发来的数据
//$update,2022/02/22 13:15,2022/02/23 12:17,吃饭,5
void Widget::LocalTcpClientReadDtatSlot()
{
QByteArray text=LocalTcpClientSocket->readAll();
QTextCodec *tc = QTextCodec::codecForName("GBK");
QString array = tc->toUnicode(text);
qDebug()<<"array:"<<array;
}
4. STM32设备端代码设计
如果需要完整的项目源码可以去这里下载: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/85895855
4.1 硬件相关原理图
4.2 keil工程
4.3 程序下载配置
4.4 硬件接线
1. 板载ESP8266串口WIFI模块与STM32的串口3相连接。
PB10--RXD 模块接收脚
PB11--TXD 模块发送脚
PB8---CH-PD---悬空
PB9---RST---悬空
GND---GND 地
VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）
2. 触摸按键使用TTP229型号的驱动芯片
SCL接PC11
SDA-OUT接PC10
电源接VCC-3.3
GND接GND
3. ULN2003控制28BYJ-48步进电机接线:
ULN2003接线:
IN4: PC9 d
IN3: PC8 c
IN2: PC7 b
IN1: PC6 a
+ : 5V
- : GND
4. OLED显示屏
D0----SCK-----PB14
D1----MOSI----PB13
RES—复位(低电平有效)—PB12
DC---数据和命令控制管脚—PB1
CS---片选引脚-----PA7
5. 板载按键
KEY1---PA0
KEY2---PC13
6.板载LED灯
LED1---PB5
LED2---PB0
LED3---PB1
7. 板载蜂鸣器
BEEP---PA8
4.5 设备初始化打印的信息
4.6 main.c 代码
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include "timer.h"
#include "esp8266.h"
#include "RFID_RC522.h"
#include "motor.h"
#include "oled.h"
#include "rtc.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
char mqtt_message[200];//上报数据缓存区
char SendBuff[10];
//存放矩阵键盘的值
char MatrixKey_var[20];
int MatrixKey_index=0;
//当前显示的页面
u8 page_show_flag=0; //1时钟页面
/*
函数功能: 绘制时钟表盘框架
*/
void DrawTimeFrame(void)
{
u8 i;
OLED_Circle(32,32,31);//画外圆
OLED_Circle(32,32,1); //画中心圆
//画刻度
for(i=0;i<60;i++)
{
if(i%5==0)OLED_DrawAngleLine(32,32,6*i,31,3,1);
}
OLED_RefreshGRAM(); //刷新数据到OLED屏幕
}
/*
函数功能: 更新时间框架显示，在RTC中断里调用
*/
char TimeBuff[20];
void Update_FrameShow(void)
{
//如果正在显示其他提示文字，就不显示时钟
if(page_show_flag==1)
{
return;
}
/*1. 绘制秒针、分针、时针*/
OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.sec*6-6-90,27,0);//清除之前的秒针
OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.sec*6-90,27,1); //画秒针
OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.min*6-6-90,24,0);
OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.min*6-90,24,1);
OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.hour*30-6-90,21,0);
OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.hour*30-90,21,1);
//绘制电子钟时间
sprintf(TimeBuff,"%d",rtc_clock.year);
OLED_ShowString(65,16*0,16,TimeBuff); //年份字符串
OLED_ShowChineseFont(66+32,16*0,16,4); //显示年
sprintf(TimeBuff,"%d/%d",rtc_clock.mon,rtc_clock.day);
OLED_ShowString(75,16*1,16,TimeBuff); //月
if(rtc_clock.sec==0)OLED_ShowString(65,16*2,16," "); //清除多余的数据
sprintf(TimeBuff,"%d:%d:%d",rtc_clock.hour,rtc_clock.min,rtc_clock.sec);
OLED_ShowString(65,16*2,16,TimeBuff); //秒
//显示星期
OLED_ShowChineseFont(70,16*3,16,5); //星
OLED_ShowChineseFont(70+16,16*3,16,6); //期
OLED_ShowChineseFont(70+32,16*3,16,rtc_clock.week+7); //具体的值
}
static unsigned long next=1;//静态全局变量，作为种子
void my_srand(unsigned long seed)//通过传不同的参数更改种子值，一般传time(NULL)
{
next=seed;
}
int my_rand(void)//将srand更改过的种子值通过公式计算出结果作为随机值
{
next = next * 1103515245 + 12345;
return((unsigned)(next/65536) % 32768);
}
//根据时间基准获取6位数随机开锁密码
char pwdcont[] = "0123456789";
void GeneratePassword(char *Password,int pwd_size)
{
int i;
int random;
unsigned int sec=TimeToSec(rtc_clock.year,rtc_clock.mon,rtc_clock.day,rtc_clock.hour,rtc_clock.min);
//printf("sec=%d\r\n", sec);
//获取时间种子
my_srand(sec);
for (i = 0; i < pwd_size; i++)
{
random = my_rand() % (strlen(pwdcont));
*(Password + i) = pwdcont[random];
}
*(Password + i) = '\0';
}
int main()
{
u8 esp8266_state=0;
u8 key;
u8 i;
u32 time_cnt=0;
u8 MatrixKey=0; //矩阵键盘值
u32 page_display=0; //页面显示时间刷新
char Password[10];
LED_Init();
KEY_Init();
USART1_Init(115200);
RC522_Init(); //RC522
Moto_Init(); //步进电机初始化
BEEP_Init();
USART3_Init(115200);//串口-WIFI
TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms
Touch_Configuration(); //触摸按键配置
//OLED初始化
OLED_Init(0xc8,0xa1); //OLED显示屏初始化--正常显示;
USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等.\r\n");
//清屏
OLED_Clear(0);
OLED_RefreshGRAM(); //刷新数据到OLED屏幕
OLED_ShowString(0,0,16,"init esp8266.");
for(i=0;i<5;i++)
{
if(ESP8266_Init()==0)
{
esp8266_state=1;
OLED_Clear(0);
OLED_RefreshGRAM(); //刷新数据到OLED屏幕
OLED_ShowString(0,0,16,"esp8266 init ok.");
break;
}
else
{
esp8266_state=0;
OLED_Clear(0);
OLED_RefreshGRAM(); //刷新数据到OLED屏幕
OLED_ShowString(0,0,16,"esp8266 init error.");
USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n");
}
}
if(esp8266_state)
{
printf("ESP8266 WIFI 配置状态:%d\r\n",ESP8266_AP_TCP_Server_Mode("esp8266_xl","12345678",8089));
}
USART1_Printf("正在初始化RTC实时时钟请稍等.\r\n");
RTC_Init();//RTC初始化，一定要初始化成功
OLED_Clear(0x00); //清屏
OLED_RefreshGRAM(); //刷新数据到OLED屏幕
DrawTimeFrame(); //画时钟框架
while(1)
{
//按键可以测试开锁和关锁
key=KEY_Scan();
if(key==1)
{
LED1=0; //亮灯--表示开锁
time_cnt=0;
Motorcw_ring(1,300); //电机正转1圈
page_show_flag=1;
page_display=0;
//清屏
OLED_Clear(0);
OLED_ShowString(0,0,16,"open lock.");
}
else if(key==2)
{
LED1=1; //灭灯--表示关锁
time_cnt=0;
Motorccw_ring(1,300); //电机反转1圈
page_show_flag=1;
page_display=0;
//清屏
OLED_Clear(0);
OLED_ShowString(0,0,16,"close lock.");
}
DelayMs(10);
page_display++;
time_cnt++;
if(time_cnt>=50)
{
//获取开锁密码
GeneratePassword(Password,6);
// printf("Password = %s\r\n", Password);
time_cnt=0;
LED2=!LED2;
}
//判断显示时间是否到达，到达之后恢复正常时钟显示页面
if(page_show_flag==1 && page_display>200)
{
page_show_flag=0;
OLED_Clear(0x00); //清屏
OLED_RefreshGRAM(); //刷新数据到OLED屏幕
DrawTimeFrame(); //画时钟框架
}
//APP开锁方式: 接收WIFI返回的数据
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
printf("UART3收到数据.....\r\n");
//向串口打印APP返回的数据
for(i=0;i<USART3_RX_CNT;i++)
{
USART1_Printf("%c",USART3_RX_BUFFER[i]);
}
//如果是下发了属性,判断是开锁还是关锁
if(USART3_RX_CNT>5)
{
//使用字符串查找函数
//开锁
if(strstr((char*)&USART3_RX_BUFFER[5],"open_lock"))
{
LED1=0; //亮灯--表示开锁
//开锁
//执行开锁代码--电机正转
Motorcw_ring(1,300); //电机正转1圈
//清屏
OLED_Clear(0);
OLED_ShowString(0,0,16,"open lock.");
page_show_flag=1;
page_display=0;
}
}
char *time;
/*判断是否收到客户端发来的数据 */
char *p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"+IPD");
if(p!=NULL) //正常数据格式: +IPD,0,7:LED1_ON +IPD,0表示第0个客户端 7:LED1_ON表示数据长度与数据
{
/*解析上位机发来的数据*/
p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,":");
if(p!=NULL)
{
p+=1; //向后偏移1个字节
if(*p=='*') //设置RTC时间
{
p+=1; //向后偏移,指向正确的时间
time=p;
int tm_sec; //秒
int tm_min; //分
int tm_hour; //时
int tm_mday; //日
int tm_mon; //月
int tm_year; //年
tm_year=(time[0]-48)*1000+(time[1]-48)*100+(time[2]-48)*10+(time[3]-48)*1;
tm_mon=(time[4]-48)*10+(time[5]-48)*1;
tm_mday=(time[6]-48)*10+(time[7]-48)*1;
tm_hour=(time[8]-48)*10+(time[9]-48)*1;
tm_min=(time[10]-48)*10+(time[11]-48)*1;
tm_sec=(time[12]-48)*10+(time[13]-48)*1;
RTC_SetTime(tm_year,tm_mon,tm_mday,tm_hour,tm_min,tm_sec);
printf("RTC时间设置成功:%d-%d-%d %d:%d:%d\r\n",tm_year,tm_mon,tm_mday,tm_hour,tm_min,tm_sec);
OLED_Clear(0x00); //清屏
OLED_RefreshGRAM(); //刷新数据到OLED屏幕
DrawTimeFrame(); //画时钟框架
}
}
}
USART3_RX_CNT=0;
USART3_RX_FLAG=0;
}
//输入密码开锁
MatrixKey=Touch_KeyScan();
if(MatrixKey!=0)
{
//最大密码数限制在10以内。超出自动清理
if(MatrixKey_index>10)MatrixKey_index=0;
//printf("MatrixKey=%d\r\n",MatrixKey);
//将按键值存放到数组里.只要数字键
switch(MatrixKey)
{
case 1: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=1+48;USART1_Printf("输入:1\r\n");break;
case 2: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=2+48;USART1_Printf("输入:2\r\n");break;
case 3: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=3+48;USART1_Printf("输入:3\r\n");break;
case 5: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=4+48;USART1_Printf("输入:4\r\n");break;
case 6: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=5+48;USART1_Printf("输入:5\r\n");break;
case 7: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=6+48;USART1_Printf("输入:6\r\n");break;
case 9: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=7+48;USART1_Printf("输入:7\r\n");break;
case 10: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=8+48;USART1_Printf("输入:8\r\n");break;
case 11: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=9+48;USART1_Printf("输入:9\r\n");break;
case 14: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=0+48;USART1_Printf("输入:0\r\n");break;
}
USART1_Printf("正在输入中:%s\r\n",MatrixKey_var);
//按下#号键表示确认输入
if(MatrixKey==15)
{
MatrixKey_var[MatrixKey_index++]='\0';
MatrixKey_index=0;
USART1_Printf("输入的密码:%s\r\n",MatrixKey_var);
//开锁密码
if(strcmp(MatrixKey_var,Password)==0)
{
USART1_Printf("密码正确,开锁成功.\r\n");
LED1=0; //亮灯--表示开锁
//执行开锁代码--电机正转
Motorcw_ring(1,300); //电机正转1圈
//清屏
OLED_Clear(0);
OLED_ShowString(0,0,16,"open lock.");
page_show_flag=1;
page_display=0;
}
else
{
USART1_Printf("密码错误,开锁失败.\r\n");
//清屏
OLED_Clear(0);
OLED_ShowString(0,0,16,"password error.");
page_show_flag=1;
page_display=0;
}
}
//按下C号键表示清除之前的输入
else if(MatrixKey==12)
{
MatrixKey_index=0;
USART1_Printf("清除之前输入的密码,等待重新输入.\r\n");
}
}
}
}
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已于2022-8-17 10:53:50修改
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